과학으로 만들어진 다리, 아는 만큼 보인다! 트러스교 사장교

사장교, 바람의 영향 컴퓨터로 계산

금속 밧줄 힘의 합력 적절히 이용해

다리는 강과 바다 등을 편리하게 건너려고 만들기 시작했지만, 지금은 그 자체가 하나의 건축물로서 멋진 볼거리가 되고 있다. 하지만 다리는 무엇보다 안전해야 한다. 그래서 건축 설계사들은 보다 튼튼하고 보기 좋은 다리를 건설하기 위해 애쓴다.

주변에서 가장 흔히 볼 수 있는 다리는 ‘거더교’다. 거더교는 기둥 위에 보를 얹어놓은 다리인데, 수평으로 놓인 보를 수직으로 세운 기둥이 받치는 간단한 구조여서 안정적이면서도 빠르게 만들 수 있다. 한강 다리 중에도 거더교가 많다. 하지만 위에서 누르는 힘이 커지면 보가 변형되고 어느 한계에 이르러 더 이상 힘을 지탱하지 못하면 부러지게 된다. 이 때문에 거더교는 교각 사이를 넓히기가 쉽지 않다.

이를 보완하기 위해 목재나 강재(鋼材)로 삼각형을 기본으로 한 그물 모양을 짜서 하중을 지탱하는 구조를 만드는데, 이러한 구조를 트러스라고 한다.



트러스교는 보의 무게가 뼈대를 이루는 트러스에 분산되기 때문에 휘어지는 힘을 받지 않고 눌리거나 잡아당기는 방향의 힘만을 받게 되므로 더 큰 힘을 견디게 된다. 거더교의 한계를 넘어 기둥 사이의 거리를 훨씬 넓힐 수 있는 것이다.

다만 지형에 따라 밑에서 보를 받치는 기둥을 세우기 힘든 곳이 있는데, 이때는 사장교를 세운다. 사장교는 양끝이나 중간에 높은 탑을 세우고 이곳에서 비스듬히 내린 금속 밧줄로 다리판을 매다는 형식이다. 거더교에서 보의 가운데가 약한 문제를 해결하기 위한 방법이기도 하다. 사장교는 줄이 받는 힘과 지진이나 바람의 영향을 컴퓨터로 계산해 설계하며, 탑의 모양을 H자, A자, 역 Y자 등으로 다양하게 하여 아름다운 모양을 만들어낸다.

그림처럼 사장교에는 여러 가지 힘이 작용한다. 각각의 금속 밧줄은 다리판을 탑 꼭대기 쪽으로 비스듬히 당기고 있으며, 다리판에는 지구가 끌어당기는 중력이 작용하고 있다. 여러 개의 금속 밧줄을 이용해 다리판을 당기는 힘의 합력은 다리판에 작용하는 중력과 크기가 같고 방향이 반대이므로 다리판을 지탱할 수 있다. 즉 다르게 작용하는 금속 밧줄들의 힘의 합력을 이용해 튼튼하고 보기 좋은 다리를 만드는 것이다.
세계일보